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低水泥浇注料

作者:admin 发布日期: 2020-01-07 二维码分享

铝酸钙水泥结合的耐火浇注料中,CaO含量低于2.5%的浇注料也即铝酸钙水泥加入量约为普通铝酸钙水泥浇注料的1/2~1/3的浇注料称为低水泥浇注料。按照美国ASTM规定,CaO含量在1.0%~2.5%为低水泥浇注料,,CaO含量小于1.0%的称为超低水泥浇注料。与传统耐火浇注料不同的是:低水泥、超低水泥浇注料基质中是用与浇注料主材质化学成分相同或相近的具有凝聚结合作用的超细粉(指粒度小于10μm)取代部分或大部分铝酸钙水泥,因此此类浇注料属于水化结合和凝聚结合共存的浇注料。
由于用超细粉(微粉)取代了部分铝酸钙水泥,因而低水泥和超低水泥浇注料具有如下优点:
(1)浇注料中CaO含量较低,可减少材料中低共熔相的生成,从而提高了耐火度、高温强度和抗熔渣侵蚀性。
(2)施工时浇注料的调和用水量只有普通浇注料的1/3~1/2(约4%~6%),因而气孔率低,体积密度高;
(3)浇注成型后,养护中生成的水泥水化物少,在加热烘烤时不存在大量水化结合键破坏,而致使中温度强度下降,而是随着热处理温度的提高,强度也逐渐提高;
(4)浇注料的粒度组成做适当调整就可配制成自流浇注料和泵灌浇注料。
低水泥、超低水泥浇注料的材质有黏土质、高铝质、莫来石质、刚玉质、铬刚玉质、锆莫来石质、锆刚玉质、氧化铝-尖晶石质和含碳与碳化硅质等。按其作业性能分为振动型浇注料和自流型浇注料。
振动型低、超低水泥浇注料的配料组成一般为:耐火骨料60%~70%,耐火粉料18%~22%,铝酸钙水泥3%~7%(低水泥型)或1%~2%(超低水泥型),氧化硅(烟尘硅)微粉(或反应性氧化铝微粉)3%~6%,微量分散剂。粒度组成可按Andreassen粒度分布方程,取其q值为0.26~0.35.
自流型低、超低水泥浇注料的配料组成与振动型低、超低水泥浇注料相似,但粒度组成和微粉含量有差异。一般骨料.大临界粒度不大于6mm,粒度分布按Andreassen或Dinger-Funk粒度分布方程,其粒度分布系数q值应控制在0.21~0.26之间,在此值之间可获得较大的自流值(大于180)。Q值大于0.26时,流动值变小,难以发生自流。q值小于0.21时,粉料含量过大,会影响浇注料的物理性能。在粒度组成中微粉(氧化硅微粉)含量一般在5%~6%。同时要采用高效分散剂。
表17-4为典型的振动型低水泥黏土质、高铝质和刚玉质浇注料理化性能。而表17-5为一般自流型低水泥氧化铝-尖晶石质浇注料理化性能。

低水泥、超低水泥耐火浇注料的应用范围很广,在冶金、石油化工、机械制造、电力和建材等工业窑炉已普遍用这类浇注料取代传统的烧成耐火制品作衬体。振动型的低、超低水泥耐火浇注料主要用作厚尺寸的衬体,如作加热炉、各种热处理炉、电炉炉盖、竖窑、回转窑、高炉出铁沟、钢包、铁水包等的内衬。而自流型低、超低水泥耐火浇注料主要用作薄衬体和有金属锚固件的高温耐火构件的衬体,如加热炉的水冷管外衬,喷射冶金用整体喷枪衬体,RH、DH真空脱气装置的浸渍管衬体,钢包供气元件(透气砖)以及石油化工催化裂化反应器的高温耐磨衬体等。
无水泥耐火浇注料
不含水泥而依靠加微粉或溶胶产生凝聚结合的可浇注成型的耐火材料称为无水泥耐火浇注料。它与非水泥浇注料有区别,非水泥耐火浇注料也是不含水泥的,而是依靠加入化学结合剂或聚合结合剂而产生结合的耐火浇注料。无水泥耐火浇注料是用与浇注料主体材料材质的化学成分相同的氧化物或合成化合物微粉或溶胶作结合剂,杂质含量低,因而不降低浇注料的耐火度和抗熔渣侵蚀性,而且在使用中可以产生自结合,有助于提高高温结构强度。
氧化硅微粉(烟尘硅)结合的、黏土结合的、硅溶胶或硅铝溶胶结合的浇注料均属无水泥耐火浇注料。无水泥浇注料的凝结硬化机理是:靠加入的分散剂(解胶剂或反絮凝剂)和迟效促凝剂先使浇注料加水拌和时具有一定的流动性(或触变性),经自流或振动成型后,靠迟效促凝剂使浇注料发生凝结和硬化。所采用的迟效促凝剂是一类在水中能缓慢水解和电离出与微粉粒子或胶体粒子表面所带电性相反的反离子,当粒子表面吸附反离子达到“等电点”时,粒子便会发生凝聚作用而聚结在一起。再通过干燥作用便发生硬化。因此无水泥耐火浇注料的硬化过程较慢。
无水泥浇注料是由耐火骨料和粉料,氧化物微粉(小于10μm)或溶胶、微量的分散剂和适量的迟效促凝剂组成的,由于它是靠微粉或溶胶产生凝聚结合,因此对微粉或溶胶物理性状有一定的要求。
所采用的微粉一般要求小于10μm,微粉越细其凝聚作用效果越好。无水泥浇注料中所用氧化物微粉有SiO2、Al2O3、Cr2O3、ZrO2、MgO和生耐火黏土粉等,视浇注料的主体材质不同而选用之,其中普遍采用的是烟尘SiO2,它是在炼金属硅、硅铁合金过程中回收的烟尘,其生成过程如下:
SiO2(固)+C(固)→SiO(气体)↑+CO(气)↑
2SiO2(气)+O2(气)→2SiO2(固)↓
这种回收的SiO2微粉平均粒径为0.5μm,呈球状,其表面积很大,且为无定形物质,活性很高。在耐火浇注料中加入烟尘SiO2,不但可以大大改善其作业性(提高流动值),而且可降低材料烧结温度,提高浇注料中、高温力学强度。表17-6为一般烟尘硅结合的无水泥高铝质浇注料的物理性能。

所采用的溶胶主要有氧化铝和氧化硅溶胶。氧化铝溶胶.简单的制备方法是用金属铝与盐酸或氯化铝反应制取。氧化硅溶胶是用水玻璃经离子交换除去Na+离子后而制得的,也有用硅酸乙酯经水解后而制得。溶胶的胶体离子一般为0.1~1μm(10-7~10-9)之间,属胶体分散体系,体系具有很高的表面自由能,为热力学不稳定体系,加入凝胶剂(电解质)便可产生凝胶而赋予制品一定的结合强度。
用氧化物微粉或溶胶结合的无水泥耐火浇注料的物理性能与低、超低水泥浇注料相似。因这类浇注料的杂质含量少,材料内生成的的低共熔物相很少,其耐火度、抗侵蚀性和高温结构强度均优于低、超低水泥浇注料。这类浇注料易烧结而形成陶瓷结合,其结合强度一般是随热处理温度的提高而逐渐提高。与铝酸钙水泥结合的浇注料不同,经中温、高温热处理后的强度要比烘干后高,如图17-9所示。

无水泥浇注料可单独用氧化物微粉作结合剂或硅溶胶、铝溶胶作结合剂,也可用氧化物微粉与溶胶配合作结合剂。选用哪种结合剂取决于所用的骨料的化学成分,如刚玉质浇注料应当用反应性氧化铝,或氧化铝微粉加氧化硅微粉或硅溶胶作结合剂。与铝酸钙水泥结合浇注料比较,无水泥浇注料凝结与硬化速度要慢些,常温养护后的强度也低些。因此宜于在使用现场直接浇注成整体内衬。但允许使用温度要比同材质水泥结合浇注料高。无水泥浇注料允许作更苛刻使用条件的高温容器内衬,如感应炉整体内衬、钢包整体内衬等。


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